🌳 Filogenia, cladogramas y el reloj molecular

La filogenia es una hipótesis sobre el pasado

La filogenia es la historia evolutiva de una especie o de un grupo: de quién viene y cuándo se separó de sus parientes. Como nadie estuvo ahí, la filogenia no se observa: se INFIERE a partir de evidencias, y por eso siempre es una hipótesis que se puede corregir.

Las evidencias vienen de varias fuentes a la vez, y lo que le da fuerza a una filogenia es que fuentes independientes apunten al mismo lugar. Si la anatomía, el registro fósil, el desarrollo embrionario y las secuencias de ADN coinciden en que dos grupos se separaron temprano, la hipótesis es sólida; si se contradicen, hay trabajo que hacer.

También cambió con el tiempo lo que entendemos por especie. Durante mucho tiempo se definió solo por el aspecto, lo cual falla con organismos muy parecidos que no se cruzan y con organismos muy distintos que sí. Hoy la definición más usada es la biológica —los individuos que se cruzan en la naturaleza y tienen descendencia fértil—, aunque no se puede aplicar a los que se reproducen sin sexo, como las bacterias, ni a los fósiles.

• Anatomía comparada

  Estructuras homólogas: el mismo hueso heredado, aunque sirva para cosas distintas. El brazo humano, el ala del murciélago y la aleta de la ballena.

• Registro fósil

  Fechas mínimas: si hay un fósil de un grupo en una roca de cierta edad, el grupo ya existía entonces. Es el ancla temporal de todo lo demás.

• Desarrollo embrionario

  Estructuras que aparecen en el embrión y luego desaparecen delatan el parentesco: los embriones de aves y de mamíferos comparten arcos branquiales.

• Secuencias moleculares

  Comparar ADN o proteínas entre especies. Es la evidencia más reciente y la que reorganizó la clasificación en los últimos cincuenta años.

Dato: La comparación de secuencias fue la que sacó a los hongos de junto a las plantas y la que creó el dominio Archaea. Ninguna de esas dos correcciones se podía ver a simple vista: por fuera, un hongo parece más planta que animal, y una arquea parece bacteria.

Cladística: agrupar por novedades compartidas

Un carácter es cualquier rasgo heredado que se puede comparar entre especies: tener columna vertebral, tener mandíbulas, tener pelo, o una posición concreta de una secuencia de ADN.

La cladística agrupa usando solo un tipo de carácter: los DERIVADOS, es decir, los rasgos nuevos que aparecieron en un antepasado y que heredaron todos sus descendientes. Compartir una novedad es evidencia de parentesco; compartir un rasgo antiguo no lo es.

El ejemplo aclara la diferencia. Tener columna vertebral es un carácter antiguo dentro de los vertebrados: lo tienen todos, así que no sirve para separar a nadie. Tener pelo es una novedad que apareció después: los que lo tienen forman un grupo real, los mamíferos.

Un grupo formado por un antepasado y TODOS sus descendientes se llama clado, y es el único tipo de grupo que la cladística acepta. Por eso «reptiles» es un grupo problemático en biología moderna: si incluyes a los cocodrilos, las tortugas y las lagartijas pero dejas fuera a las aves, estás dejando fuera a unos descendientes del mismo antepasado, y eso no es un clado.

Dato: Las aves están dentro del linaje de los dinosaurios. No es que «vengan de» los dinosaurios como algo separado: técnicamente son dinosaurios, del mismo modo que tú eres un mamífero y no algo que viene de los mamíferos.

Cómo se lee un cladograma (y cómo NO)

Un cladograma es el diagrama que muestra esas relaciones. Las puntas son las especies que se comparan, las líneas son los linajes y los puntos donde se separan son los NODOS, cada uno de los cuales representa un antepasado común.

Toda la información está en los nodos. La regla de lectura es una sola: dos especies están más emparentadas cuanto más RECIENTE sea el nodo que las une. El orden en que están dibujadas las puntas no significa nada, y de hecho un cladograma se puede girar en cualquier nodo, como un móvil colgado del techo, sin que cambie ni una de sus afirmaciones.

De ahí salen los dos errores clásicos. El primero es creer que la especie de un extremo es «la más evolucionada»: todas las puntas son actuales y todas llevan exactamente el mismo tiempo evolucionando desde el ancestro común. El segundo es creer que una punta desciende de otra: ninguna desciende de ninguna; lo que comparten son antepasados, y los antepasados son los nodos, no las puntas.

Dato: Todas las especies vivas hoy llevan exactamente el mismo tiempo evolucionando: desde el origen de la vida hasta este momento. Una bacteria actual no es «más primitiva» que tú por el tiempo transcurrido; lo que pasa es que su linaje cambió menos de forma.

El reloj molecular: poner fechas a las separaciones

Un cladograma dice el orden en que se separaron los linajes, pero no cuándo. El reloj molecular es lo que permite estimar las fechas comparando secuencias de ADN.

La idea es la siguiente: las mutaciones neutras —las que no ayudan ni perjudican— se acumulan a un ritmo bastante constante a lo largo del tiempo. Entonces, cuantas más diferencias haya entre las secuencias de dos especies, más tiempo llevan separadas.

Ahora la cuenta, con el detalle donde todo el mundo tropieza. Supón que un gen acumula 1 diferencia por cada millón de años y que dos especies difieren en 20 posiciones. La tentación es responder 20 millones de años, y está mal: las diferencias se repartieron entre las DOS ramas. Cada linaje acumuló unas 10 desde el antepasado común, así que la separación ocurrió hace 10 millones de años. Hay que dividir entre dos, y olvidarlo duplica la respuesta.

El reloj no es perfecto. Cada gen corre a su propia velocidad, y por eso se elige el gen según la escala de tiempo que se quiere medir: uno que cambia muy despacio para separaciones antiquísimas, uno rápido para separaciones recientes. Y siempre se calibra con fósiles, que son los que dan las fechas independientes contra las que se ajusta el reloj.

• Divide entre dos, siempre

  Las diferencias entre dos secuencias se acumularon en dos linajes distintos. 20 diferencias a 1 por millón de años son 10 millones de años, no 20.

• Cada gen tiene su ritmo

  Las mismas 30 diferencias fechan una separación de 30 millones de años si el gen cambia 0.5 veces por millón de años, y de solo 5 millones si cambia 3 veces.

• Se calibra con fósiles

  Un fósil con fecha conocida da un punto de referencia contra el cual se ajusta la velocidad del reloj. Sin esa calibración, el reloj da proporciones pero no años.

• Funciona donde no hay fósiles

  Su gran ventaja: las bacterias casi no dejan fósiles, y el reloj molecular es de las pocas maneras de fechar sus separaciones.

Dato: Aplicado a nosotros, el reloj molecular sitúa la separación entre el linaje humano y el del chimpancé hace unos 6 a 7 millones de años. Los fósiles encontrados desde entonces han caído dentro de ese rango, que es la clase de coincidencia que le da crédito al método.